Hladilna sredstva v toplotnih črpalkah – vplivi na okolje in evropska usmeritev

Kako delujejo hladilna sredstva v toplotnih črpalkah in kakšni so njihovi vplivi na okolje

Toplotne črpalke so v zadnjih letih postale vse bolj razširjen sistem za ogrevanje in hlajenje, vendar mnogi ne vedo, da za svoje delovanje uporabljajo hladilno sredstvo. V tem članku bomo pojasnili, kako hladilna sredstva delujejo v toplotnih črpalkah in kakšen je njihov vpliv na okolje.

Zaradi visoke energijske učinkovitosti in prihrankov energije toplotne črpalke niso le inovativna rešitev za ogrevanje, hlajenje in pripravo sanitarne tople vode, temveč predstavljajo tudi ključen element strategije Evropske unije za blaženje podnebnih sprememb. Primarni cilj evropskega zelenega dogovora (European Green Deal) je namreč doseči podnebno nevtralnost vseh držav članic do leta 2050.

 

Razogljičenje

Evropa z regulativo postopno omejuje uporabo hladilnih sredstev z namenom doseči razogljičenje. Toplotne črpalke pri tem predstavljajo pomembnega zaveznika, saj za svoje delovanje izkoriščajo energijo iz zraka, tal ali podtalnice, brez neposredne uporabe fosilnih goriv.

 

Energijska učinkovitost toplotnih črpalk

Ker gre za izdelke, povezane z rabo energije, toplotne črpalke spadajo na področje uporabe Direktive 2009/125/ES Evropskega parlamenta in Sveta z dne 21. oktobra 2009, ki ureja okoljsko primerno zasnovo izdelkov ter določa minimalne zahteve v okviru ekodizajna. Na podlagi te direktive so bili sprejeti številni izvedbeni predpisi, med drugim Uredba (EU) št. 813/2013 o zahtevah za ekodizajn ogrevalnih naprav za prostore in kombiniranih ogrevalnih naprav. Samo v letu 2021 je izvajanje teh ukrepov omogočilo prihranek energije v vrednosti več kot 120 milijard evrov. Z Direktivo 2010/30/EU z dne 19. maja 2010 je bilo uvedeno tudi energijsko označevanje izdelkov, povezanih z rabo energije, med katere sodijo tudi toplotne črpalke. Energijska nalepka prikazuje porabo energije z navedbo energijskega razreda in drugih tehničnih parametrov.

 

Uporaba obnovljivih virov energije

Na področju obnovljivih virov energije je ključna Direktiva 2009/28/ES (Renewable Energy Directive), katere cilj je spodbujanje razvoja in širše uporabe čiste energije v vseh sektorjih evropskega gospodarstva. Po doseženem cilju najmanj 20 % deleža obnovljivih virov do leta 2020, pri čemer se je delež povečal z 12,5 % leta 2010 na 21,8 % leta 2021, je Evropska komisija predlagala dvig cilja na 40 % do leta 2030. S pobudo RePowerEU, uvedeno maja 2022 kot odziv na motnje na energetskem trgu zaradi vojne v Ukrajini, je bil predlagan nadaljnji dvig cilja na 45 %.
Ta pobuda je državam članicam EU omogočila zmanjšanje odvisnosti od ruskih fosilnih goriv, približno 20-odstotni prihranek energije ter uvedbo omejitve cen plina in nafte.

hladilno sredstvo v toplotnih črpalkah
Toplotne črpalke
in hladilno sredstvo

Kot smo že omenili, so toplotne črpalke učinkovita in okolju prijazna alternativa klasičnemu kotlu, saj izkoriščajo naravno razpoložljiv vir toplotne energije za prenos toplote iz hladnejšega v toplejše okolje. Gre za inovativno tehnologijo z nižjimi emisijami in pomembnimi prihranki pri energijskih stroških. Med ključnimi sestavnimi deli toplotne črpalke, ki je vse pogosteje prisotna v stanovanjskem, komercialnem in industrijskem sektorju, je tudi element, ki ima lahko pomemben vpliv na okolje in je nujen za delovanje naprave: hladilno sredstvo.

V skladu s standardom DIN EN 378-1 je hladilno sredstvo delovni medij v hladilnem sistemu, ki zaradi svojih fizikalnih lastnosti omogoča prenos toplote. Hladilno sredstvo kroži v tokokrogu, ki ga sestavljajo kompresor (2), kondenzator (3), dušilni ventil (4) in uparjalnik (1), pri čemer prehaja iz tekočega v plinasto agregatno stanje in obratno.

Pogosto se uporablja tudi izraz »hladilna tekočina«, ki pa ni ustrezen sinonim za hladilno sredstvo. Hladilna tekočina namreč odvaja toploto le, kadar je temperatura okolja nižja od temperature hlajenega objekta, medtem ko hladilno sredstvo omogoča prenos toplote tudi v primerih, ko je temperatura okolja višja od temperature hlajenega objekta.

Značilnosti in vrste hladilnih sredstev?

Hladilna sredstva se med seboj razlikujejo glede na področje uporabe. Skupne značilnosti vključujejo kemijsko stabilnost in visoko učinkovitost prenosa toplote. Večina hladilnih sredstev ima nizek specifični volumen pare, utekočinja se pri razmeroma nizkih tlakih in ima nizko temperaturo vrelišča.

Hladilna sredstva lahko razdelimo v tri glavne skupine: čiste organske tekočine, kot sta npr. voda in amonijak, ogljikovodiki, kot npr. butan, izobutan, propan in propilen, halogenirani ogljikovodiki, med katere sodijo hidrofluoroogljikovodiki (HFC), klorofluoroogljikovodiki (CFC), hidroklorofluoroogljikovodiki (HCFC) in perfluoroogljikovodiki (PFC). Katera hladilna sredstva pa se najpogosteje uporabljajo v toplotnih črpalkah? Nekatera hladilna sredstva so bila zaradi škodljivega vpliva na okolje prepovedana. CFC in HCFC so bili prepovedani, ker naj bi najbolj prispevali k tanjšanju ozonskega plašča. Trenutni standardi omogočajo uporabo HFC v toplotnih črpalkah in drugih sistemih klimatizacije stavb ter vozil

Uredba (EU) št. 517/2014 o F-plinih

Fluorirani toplogredni plini (F-plini) imajo bistveno večji toplogredni učinek kot ogljikov dioksid. Zato Evropska unija postopno zaostruje nadzor nad vrstami hladilnih sredstev, ki se smejo uporabljati v napravah za ogrevanje in hlajenje. Z Uredbo (EU) št. 517/2014 o fluoriranih toplogrednih plinih so bili določeni številni ukrepi in obveznosti, ki se postopno uvajajo in bodo v celoti začeli veljati do leta 2025. Cilj? Zmanjšati emisije F-plinov za 79 % do leta 2030 glede na povprečje v obdobju 2009–2012. Katere omejitve pa uvaja uredba? Prvi konkretni ukrepi so se nanašali na komercialne hladilne sisteme, kot so hladilne vitrine in hladilne komore v skladiščih ter supermarketih. Od začetka leta 2020 je prepovedana uporaba HFC z globalnim potencialom segrevanja (GWP - kazalnik, ki označuje škodljivost plina glede na toplogredni učinek op. ur.) enakim ali večjim od 2.500 v tovrstnih sistemih. Od leta 2022 mora biti vrednost GWP nižja od 150.

Pozneje je bila ureditev razširjena tudi na industrijske hladilne centrale z nazivno močjo večjo ali enako 40 kW. Od 1. januarja 2022 je v teh sistemih prepovedana uporaba plinov z vrednostjo GWP manjšo od 150, z izjemo primarnega tokokroga kaskadnih sistemov, kjer mora imeti hladilno sredstvo vrednost GWP nižjo od 1.500. Kar zadeva stanovanjske klimatske naprave s polnitvijo hladilnega sredstva do 3 kg, torej klasične enote split, se bo nova zahteva začela uporabljati leta 2025. Takrat v novih modelih ne bo več dovoljena uporaba hladilnih sredstev z globalnim potencialom segrevanja (GWP) nad 750.

Kako izbrati ustrezno hladilno sredstvo?

Primarni kriterij pri izbiri hladilnega sredstva je področje uporabe (klimatizacija, hlajenje, toplotne črpalke ipd.), vendar je treba upoštevati tudi okoljske, varnostne, termodinamične in ekonomske vidike.

Z vidika varnosti sta ključni lastnosti hladilnih sredstev toksičnost in vnetljivost. Za natančnejšo opredelitev tveganj je organizacija American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) uvedla razvrstitev v dve skupini glede toksičnosti (A = nizka toksičnost, B = visoka toksičnost) ter v tri skupine glede vnetljivosti (1 = nevnetljivo, 2 = vnetljivo, 3 = zelo vnetljivo). Nekaj primerov: Ogljikovodiki, kot sta propan (R290) in butan (R600), sodijo v razred A3, saj niso toksični, vendar so zelo vnetljivi. Večina hidrofluoroogljikovodikov (HFC) pa spada v razred A1.

hladilna sredstva Clivet spoštujejo okolje
hladilna sredstva Clivet spoštujejo okolje:
Clivet

Kot smo že omenili, bo od leta 2025 pri novih nakupih treba izbrati klimatske naprave in toplotne črpalke (s polnitvijo hladilnega sredstva do 3 kg), ki uporabljajo hladilna sredstva z vrednostjo GWP nižjo od 750. Clivet se je tem zahtevam prilagodil že pred časom in uporablja hladilno sredstvo z nižjo vrednostjo GWP v primerjavi z mešanico, ki se je v preteklosti najpogosteje uporabljala, tj. R-410A. Gre za hladilno sredstvo R-32, ki se sicer šteje za sredstvo nove generacije, vendar je v uporabi že več let, saj predstavlja 50-odstotno komponento mešanice R-410A. Hladilno sredstvo R-32, uporabljeno v vseh split in monoblok toplotnih črpalkah Clivet, ima ODP (potencial tanjšanja ozonske plasti) enak 0 ter vrednost GWP 675, kar je približno tretjina vrednosti hladilnega sredstva R-410A (povprečno 2.088).